基于FPGA的表面肌電信號檢測與處理.pdf

1、表面肌電信號(SurfaceElectromyography,SEMG)是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的生物電變化在皮膚表面加以引導(dǎo),放大記錄和顯示得到的一維時(shí)間序列信號。它是肌肉內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢恍蛄型ㄟ^肌肉,脂肪和皮膚等皮下組織后在皮膚表面檢測電極處和各種噪聲及干擾因素綜合疊加的結(jié)果。它反映了神經(jīng)系統(tǒng)控制和肌肉運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。由于表面肌電信號檢測的無創(chuàng)性,表面肌電信號在神經(jīng)肌肉的基礎(chǔ)研究、臨床診斷、康復(fù)工程、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)及人機(jī)互動(dòng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)

2、用。但是,原始的肌電信號比較微弱,容易受到各種干擾,同時(shí)檢測出的肌電信號形式使用肉眼難以理解其內(nèi)部包含有價(jià)值的信息,所以我們需要對采集到的肌電信號進(jìn)行處理,以提取信號的特征。
　　本文首先分析了表面肌肉電信號產(chǎn)生的機(jī)理和其本質(zhì)特性,并研究了表面肌肉電信號提取過程中所遇到的各種噪聲干擾,介紹了一種肌電信號的精確模型和常用的肌電信號分析處理方法。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)微弱信號檢測和采集電路,包括前置提取放大電路,低通濾波器和消除50Hz工頻干

3、擾的陷波器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換控制電路。最后結(jié)合FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入FPGA進(jìn)行三層離散小波變換。本文重點(diǎn)研究了利用FPGA實(shí)現(xiàn)離散小波變換。文中詳細(xì)論述了分布式算法及基于該算法和FPGA平臺運(yùn)用Mallat算法對輸入信號實(shí)現(xiàn)快速離散小波分解變換的過程,并使用MATLAB和Modelsim軟件對Mallat算法的VerilogHDL程序進(jìn)行了仿真,分析與比較。
　　試驗(yàn)和仿真結(jié)果表明本系統(tǒng)可以采集到肌肉收縮時(shí)的表面肌電